與TEXACO氣化爐相比,四噴嘴氣化爐通過四個燒嘴的物料(水煤漿和氧氣)向中間對噴,形成撞擊流,使物料混合更加充分,霧化效果更好,同時對燃燒室用內襯材料提出了更高要求。常規四噴嘴氣化爐各部位使用的耐火材料如圖1所示:
本文主要通過對四噴嘴氣化爐不同部位用後高鉻殘磚進行宏觀觀察及顯微結構的分析,探究其渣侵蝕機理:
1、顯微結構分析
首先對四噴嘴氣化爐不同部位用後高鉻殘磚的顯微結構進行分析,探究不同部位用高鉻磚的渣侵蝕機理,為四噴嘴氣化爐不同部位用高鉻磚的損毀分析提供一定的理論基礎。
(1)拱頂殘磚的顯微結構分析拱頂部位殘磚的顯微結構見圖2。
從圖2a)可以看出,高鉻磚表面結構疏鬆,氣孔相互貫通,工作面存在約0.9mm的氧化鋯缺失層。
使用後殘磚靠近原質層的緻密氧化鉻網絡結構已被破壞(見圖2c)),氧化鉻晶粒多孤立分布,由於玻璃相的填充仍保持較為緻密狀態;而接近工作面處(見圖2b)),由於高溫作用,低熔相流失,孔隙顯露,氣孔相互貫通,基質結構十分疏鬆。
由圖2c)可以看出,蝕變初期,高鉻磚基質中首先出現明顯的低熔相,填充在氧化鉻和鋁鉻固溶體晶間;隨著蝕變過程進行,低熔相所處部位向工作面靠近,低熔相的組成和數量均發生較大的變化,並在靠近工作面處大量流失,造成臨近工作面處大量的孔洞形成,結構十分疏鬆。
(2)筒身殘磚的顯微結構分析
筒身殘磚的顯微結構見圖3。從圖3a)可以看出,在高鉻磚表面,有一層緻密的鎂鋁鉻鐵複合尖晶石層,EDS分析其組成為:O41.39%,Mg3.26%,Al8.73%,Ca0.48%,Cr27.23%,Fe18.90%。用後高鉻殘磚的反應層與滲透層界線十分明顯,見圖3b)。從圖中可以看出,反應層中,ZrO2晶粒被溶蝕掉,固溶體晶粒被滲入的熔渣分離,孤立分布,部分氣孔中熔渣流失,留下大氣孔。
(3)錐底殘磚的顯微結構分析
從圖中(見圖4a))可以看出,錐底殘磚工作面處有約1.2mm的「脫鋯層」;從殘磚反應層的圖片(見圖4b))可以看出,反應層結構疏鬆,氣孔多在數十微米,Al2O3-Cr2O3固溶體晶粒或數個或單個孤立分布,晶粒周圍被熔渣填充;滲透層(見圖4c))由於熔渣的滲透,結構較原磚層緻密,熔渣主要集中在基質氣孔及鋁鉻固溶體晶粒間隙中。
圖4錐底高鉻殘磚顯微結構
為了探明高鉻磚的溶解情況,對「脫鋯層」中低熔相的組成進行了EDS能譜分析,結果見表1。從表中可以看出,「脫鋯層」低熔相中含有質量分數3.47%的ZrO2和2.01%的Cr2O3。可知,在與煤熔渣接觸的過程中,高鉻磚的成分ZrO2和Cr2O3在渣中有溶解,但溶解量很少。
表1「脫鋯層」中低熔相的組成
由以上分析可以看出,在四噴嘴氣化爐工況條件下,與在TEXACO氣化爐工況條件下和實驗室條件下灰渣對高鉻磚的化學侵蝕機理和方式相同。